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딥러닝 기반의 보행자 탐지 및 경보 시스템 연구
A Study on Deep Learning-based Pedestrian Detection and Alarm System 원문보기

韓國ITS學會 論文誌 = The journal of the Korea Institute of Intelligent Transportation Systems, v.18 no.4, 2019년, pp.58 - 70  

김정환 (서울과학기술대 컴퓨터공학과) ,  신용현 (서울과학기술대 컴퓨터공학과)

초록
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보행자 교통사고의 경우 사고 발생 시 사망사고로 연결되는 위험성이 있다. 국내 지능형 교통시스템(ITS)은 질 좋은 교통 인프라를 구축하고 있음에도 불구하고, 거의 교통정보 수집에만 이용되고 있어, 위험상황 발생 시 지능적인 위험 요소 분류가 이루어지지 않고 있다. 본 연구에서 제안하는 시스템의 주요 구성 요소인 CNN 기반의 보행자 탐지 분류 모델의 경우 제한적인 환경에서 설치 운영되는 것을 가정하여 임베디드 시스템 기반으로 구현되었다. 기존 YOLO의 인공신경망 모델을 개선하여 My-Tiny-Model3라는 새로운 모델을 생성하였고, 20,000번의 반복 학습 기준으로 평균 정확도 86.29%와 21.1 fps의 실시간 탐지 속도 결과를 보였다. 그리고, 이러한 탐지 시스템을 기반으로 하여 ITS 체계와 연계 가능한 시스템 구현 및 프로토콜 연동 시나리오를 구성하였다. 본 연구를 통해 기존 ITS 체계와 연동하는 보행자 사고 방지 시스템을 구현한다면, 새로운 인프라 구축비용을 절감하고 보행자 교통사고 발생률을 줄이는 데 도움이 될 것이다. 또한, 기존의 시스템 감시인력 소요에 따른 비용 또한 줄일 수 있을 것으로 기대된다.

Abstract AI-Helper 아이콘AI-Helper

In the case of a pedestrian traffic accident, it has a large-scale danger directly connected by a fatal accident at the time of the accident. The domestic ITS is not used for intelligent risk classification because it is used only for collecting traffic information despite of the construction of goo...

주제어

AI 본문요약
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문제 정의

  • 기존의 보행자 탐지 관련 연구의 경우 정지 영상 분류를 기반으로 탐지율 자체에 대한 연구적인 성과 측면만 강조되고 실효성 있는 실시간 객체 탐지와 국내 교통 시스템 체계 연계에 대한 연구가 부족한 측면이 있다.(Kim et al., 2016; Lee and Shin, 2018; Kim et al., 2018) 본 연구에서는 지능형 교통시스템 체계에 호환 및 연계가 가능한 실시간 보행자 탐지 및 차량 내 경보 전송 시스템에 대한 연구를 목적으로 하였으며, 국내 ITS 체계 중 UTIS를 모델로 한 연계 시스템 구현 및 프로토콜 연동 시나리오를 구성하고자 하였다. 특히 시스템 적용에 있어 제한적인 환경에서의 시스템으로 가정하여.
  • 모델 중 은닉층 구성이 단순하여 실시간 보행자 탐지 처리에 최적화된 모델로 예상되는 Yolov3-Tiny 버전의 기본 모델을 가지고 학습하여 산출한 가중치를 가지고 카메라 인식과 보행자 동영상 인식 시 끊김 없는 모습과 비교적 높은 탐지율을 보였다. 그래서, Yolov3-Tiny 신경망의 기본 구조를 리모델링하여 임베디드 기반에서 최적화된 인공 신경망 모델을 구성해 보고자 목표하였다. (Darknet, 2016).
  • 본 연구는 보행자 교통사고 방지를 위해 연구적인 측면뿐만 아니라 실질적으로 효율성 있는 보행자 교통사고 방지 시스템을 구현하고자 국내 ITS 체계 중 UTIS와 연계 가능한 모델을 기본으로 하여, 실제 시스템에 적용 가능한 모델로 구현하기 위해 시작하였다. 기존의 보행자 교통사고 방지 연구에선 보행자 탐지에 대한 연구적인 측면만이 강조되는 경우가 대부분이었는데, 본 연구에선 이러한 연구적인 측면뿐만 아니라 실제 보행자 교통사고 예방에 도움이 될 수 있는 방법을 찾고자 하였다. 보행자 탐지에 있어 기존 센서를 통한 감지나 수동적인 영상 감시를 딥러닝 알고리즘을 통한 실시간 보행자 자동 탐지 방식으로 구성하고자 했다.
  • 본 연구는 ITS 구축 체계의 무선통신 환경을 모델링하여 이더넷 기반의 무선 AP를 통한 단말 장치들의 다자간 신호전달 체계를 구축하였다. 딥러닝을 통한 지능형 보행자 탐지에 있어 실시간 영상 탐지에 따른 객체 분류를 목표로 하였기 때문에 적용 가능한 카메라 센서에 대해서 모두 실험해보는 것을 목표로 하였다.
  • 기존의 보행자 교통사고 방지 연구에선 보행자 탐지에 대한 연구적인 측면만이 강조되는 경우가 대부분이었는데, 본 연구에선 이러한 연구적인 측면뿐만 아니라 실제 보행자 교통사고 예방에 도움이 될 수 있는 방법을 찾고자 하였다. 보행자 탐지에 있어 기존 센서를 통한 감지나 수동적인 영상 감시를 딥러닝 알고리즘을 통한 실시간 보행자 자동 탐지 방식으로 구성하고자 했다. 특히 딥러닝 알고리즘 중 YOLO 알고리즘을 이용하여 인공신경망 네트워크 새롭게 구성하고, 임베디드 시스템에 적합했던 Yolov3-Tiny 모델을 기준으로 보다 높은 탐지율과 실시간 처리에 최적화된 인공신경망 모델을 새로이 구성하여 My-Tiny-Model3의 모델을 만들어 냈다.
  • 본 연구는 보행자 교통사고 방지를 위해 연구적인 측면뿐만 아니라 실질적으로 효율성 있는 보행자 교통사고 방지 시스템을 구현하고자 국내 ITS 체계 중 UTIS와 연계 가능한 모델을 기본으로 하여, 실제 시스템에 적용 가능한 모델로 구현하기 위해 시작하였다. 기존의 보행자 교통사고 방지 연구에선 보행자 탐지에 대한 연구적인 측면만이 강조되는 경우가 대부분이었는데, 본 연구에선 이러한 연구적인 측면뿐만 아니라 실제 보행자 교통사고 예방에 도움이 될 수 있는 방법을 찾고자 하였다.

가설 설정

  • , 2018) 본 연구에서는 지능형 교통시스템 체계에 호환 및 연계가 가능한 실시간 보행자 탐지 및 차량 내 경보 전송 시스템에 대한 연구를 목적으로 하였으며, 국내 ITS 체계 중 UTIS를 모델로 한 연계 시스템 구현 및 프로토콜 연동 시나리오를 구성하고자 하였다. 특히 시스템 적용에 있어 제한적인 환경에서의 시스템으로 가정하여. 모든 시스템 구성 요소를 임베디드 시스템 기반으로 설계하고 구현하였다.
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질의응답

핵심어 질문 논문에서 추출한 답변
보행자 교통사고는 무엇인가? 1]과 같이 전체 교통사고 사망자 중 40%인 1,675명의 보행자가 사망자로 집계되었다(TAAS, 2017). 이렇듯 교통사고 발 생 시 보행자 교통사고는 가장 많은 사망자가 발생되는 고 위험군의 사고로 볼 수 있다. 보행자 교통사고는 차량 운전자가 평소에 주의를 기울인다 하여도, 순간적인 판단 착오나 실수에서 비롯되는 경우가 많다.
YOLO는 확률을 어떻게 계산하는가? YOLO는 각 이미지를 SxS 개의 그리드로 분할하고 그리드의 신뢰도를 확률로 계산한다. [Fig.
HOG 시스템이 변화에 적응할 수 있는 이유는 무엇인가? 가장 중요한 특징은 에지의 양과 방향을 구분하는 특성을 가지고 있다. 또한, 오버랩을 이용하여 계산하기 때문에 어느 정도 변화에도 적응할 수 있는 능력이 있다. 마치 Haar-like가 영역으로 특징 을 구하기 때문에 잡음에 둔감한 것과 같이 HOG의 오버랩의 이유는 어느 정도의 변화를 받아들일 수 있다 는 것이다. 현재 OpenCV에 포함되어 기본적인 객체 탐지 기술로서 활용되고 있다(Dalal and Triggs, 2005).
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참고문헌 (13)

  1. 10.1109/CVPR.2005.177 Dalal N. and Triggs B. (2005), “Histograms of Oriented Gradients for Human Detection,” IEEE Computer Society , pp.886-893. 

  2. Darknet J. Redmon. (2016), Open source neural networks in c , http://pjreddie.com/darknet/2018.08.20. 

  3. Everingham M. , Christopher L. V. G. , Williams K. I. , Winn J. and Zisserman A. (2010), “The PASCAL Visual Object Classes (VOC) Challenge,” International Journal of Computer Vision manuscript , p.11. 

  4. https://github.com/AlexeyAB/Yolo_mark 2018.09.24. 

  5. Kim J. , Lee D. and Lee M. (2016), “Lane Detection System using CNN,” Institute Embedded Engineering of Korea , pp.163-169. 

  6. 10.5626/KTCP.2018.24.3.151 Kim Y. M. , Lee I. , Yoon I. , Han T. and Kim C. (2018), “CCTV Object Detection with Background Subtraction and Convolutional Neural Network,” KIISE Transactions on Computing Practices , vol. 24, no. 3, pp.151-156. 

  7. Krizhevsky A. , Sutskever I. , Geoffrey Hinton E. and Hinton E. (2012), “ImageNet Classification with Deep Convolutional Neural Networks,” NIPS'12 Proceedings of the 25 th International Conference on Neural Information Processing Systems , vol. 1, pp.1097-1105. 

  8. Lee Y. and Shin J. (2018), “DNN Based Multi-spectrum Pedestrian Detection Method Using Color and Thermal Image,” Journal of Broadcast Engineering , vol. 23, no. 3, pp.361-368. 

  9. Redmon J. and Farhadi A. (2017), “Yolo9000: Better, faster, stronger. In Computer Vision and Pattern Recognition,” IEEE Conference on, pp.6517-6525. 

  10. Redmon J. and Farhadi A. (2018), YOLOv3: An Incremental Improvement , arXiv, pp.1-4. 

  11. 10.12815/kits.2018.17.4.14 Rye J. D. , Park S. , Park S. , Kwon C. and Yun I. (2018), “A Study for Development of Expressway Traffic Accident Prediction Model Using Deep Learning,” The Journal of The Korea Institute of Intelligent Transport Systems , vol. 17, no. 4, pp.14-25. 

  12. TAAS(Cyber National Police Agency, Road Traffic Authority) statistics for2017. 

  13. The standard of UTIS(Urban Traffic Information Systems) (2014), PART Ⅱ . Application Layer Protocol , pp.27-55. 

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